软土地基处理技术在水利施工中的应用

□张蔚雯

软土地基是经过长期水流的浸泡而形成的，其组分一般由有机质土、粉质沙土、泥炭黏土等不同土质结构组成，软土地基土壤含水量较大，地下水位较高，其承载能力较低，土层结构极易松动发生变形，而大多数水利工程建设均会涉及到软土地基，由于软土地基自身的不稳定性特点，经常导致地基下沉或变形，造成建筑物稳定性差，甚至造成建筑体撕裂，严重威胁群众生命财产安全。因此，在施工前，相关单位必须加强对施工地进行勘查，深入了解施工地土体地质类型，针对不同软土地基采用科学合理的处理技术，以确保施工区地基稳定，进而保证水利工程施工质量和安全。

1.软土地基特点

1.1 孔隙度大

通常软土地基中土壤的含水量较大，土壤颗粒的交接处存在难胶结现象，导致土壤之间孔隙度较大，在施工时影响夯实效果。

1.2 压缩性强

由于软土地基的土壤含水量大，在施工时地基在承载一定压力后，会出现快速排水的现象，导致土壤体积快速缩小并出现凹陷或下沉等问题，表现出较强的可压缩性，严重影响软土地基的施工。

1.3 透水性差

相比其他地基，软土地基土层地下水位较高，土壤透水性较差，据相关研究表明软土地基的垂直渗透参数仅为10-4～10-8cm/s，其水分难以下沉或者下沉需要漫长的时间完成，期间大部分的水被地表和地上建筑物吸收，甚至产生复杂的生化反应，直接降低各建筑物的使用寿命。因此在软土地基施工前必须花费大量的精力物力对其进行排水固结工作。

1.4 扰动性强

软土地基地质结构复杂，极易受外界环境的影响，如发生洪灾、泥石流或者地震等灾害，软土地基极易发生变形，加之建筑物的施压，软土地基的沉陷速度会越来越快，最终导致建筑物直接坍塌。

1.5 触变性强

触变性是指物体自身出现某种形式的触发而引起自身性质发生变化，软土地基具有这种特性，在未发生触变时软土地基呈固态形式，但在受到间断性外力或者振动时，会使原有的固态形式转变为流体形式，这一特性严重影响水利工程的建设和已建工程的安全稳定性。

1.6 土壤分布复杂

软土地基土层一般由多层土层组成，且每一土层的特性均不相同，同时与周边土壤的性质也不同，其结构复杂多样，分布错乱极不均匀，同一块软土地基上，土壤可能紧实可能松散，在受力时紧实的土壤会向受力点外挤压，而松散的土壤则会垂直挤压，导致软土地基呈现不规则沉陷的特点。

2.软土地基处理技术在水利施工中的应用

2.1 换土处理法

水利工程建设软土地基换土处理法是操作工艺最为简单、效果最为明显直接的技术，它可以直接改变施工区域的土壤性质。软土地基换土处理法是直接用大量的沙壤土、水泥或灰土等替换软土，直接改变软土土质性质，以满足水利工程建设地基的施工要求，例如南水北调临清魏湾节制闸软土地基处理中采取的就是水泥土置换，经过换土处理后该区域地基承载力得到极大的提高。但是此方法也存在一定的局限性，例如此方法仅适用于软土土层较薄的施工区域，而且要求置换土质距离施工区域较近，一旦置换土质需要长距离运输则极大的增加换土成本，同时施工区域地形和气候等外界因素也会影响换土法的施工质量，此外换土后土质的压实度也同样重要，若未达到相应的紧实度，极易造成施工后期土层沉陷，因此在软土地基换土处理时，首先应深入调查施工区域的地形、气候和施工区周边置换土质分布范围等，选择最优的换土方案，在换土后应采用专门的机械振动进行压实，充分降低沉陷的风险，提高地基整体的承压能力。

2.2 排水固结技术

排水固结技术是目前应用最普遍的软土地基处理技术，其主要是通过外部挤压将土层中的多余水分通过相关排水模式科学排出土壤，并使软土地基的其他性能保持完善。当前软土地基的排水技术采用最多的方式是水管排水和砂井排水，水管排水主要应用于地下水位浅或者施工工程战线长的软土地基，此方法排水速度快、排水效果好；砂井排水主要适宜在地下水位较深的施工区域使用，此方法的缺点是排水需要耗费大量时间。软土地基排水固结技术中的外部压力系统主要采取超载真空加压的方式，该方法可以显著加快排水效率。大量实践研究表明排水固结技术能够有效排除软土地基中的水分，保证水利工程建筑物的顺利施工，但是部分专家对此技术存在不同的见解，他们认为通过排水固结仅能在短时间内改善软土地基性质，在经过一段时间的积累后水分还会流回地基，这样无法保证软土地基的长期稳定性。

2.3 化学固结技术

化学固结法是将硅酸盐类、水泥、聚氨酯类或石灰等化学物质加入软土地基中，并将其物质与软土土壤充分混均，使这些材料与软土土壤发生一系列物理、化学生物反应，最终形成一种稳定坚硬的复合地基，此方法常用于水利工程的边坡处理等。此外，目前软土地基边坡处理中还有化学硅化技术，其以电渗法为原理，以注浆完成初步化电动硅化的施工工序，然后在各化学参数的影响下发生反应，使软土地基中水分逐步胶状化，进而改善地基的柔软度，增加软土地基的载荷。

2.4 加筋填土技术

加筋填土技术是是由加筋技术和填土技术结合形成的。加筋技术是在软土地基中添加一层具有抗拉力的金属板或其他土工合成材料，通过加筋材料和软土土壤的高强度摩擦力，促使软土地基和加筋材料形成一个结实的整体，加筋材料的填入可以改善地基的应力分布，降低地基的侧向位移和整体变形的风险，进而提高软土地基的稳定性。填土技术是将软土地基下层部分比较潮湿柔软的土壤清除，然后采用一些抗拉能力强、韧性高、稳定效果好的廉价材料进行填充，填充材料可以选择碎煤灰、碎石子或者尾矿等废弃材料，在填充材料时，需要合理控制填充厚度和材料紧实度，以保证填土技术的处理效果，通常垫层厚度需大于地面厚度的0.3%。加筋填土技术的特点是软土地基施工期短、施工效率高，但是操作过程较为繁琐，此项技术的应用需要清除部分土壤，然后采用回填技术进行分层回填，然后利用专门的压实设备进行分层压膜处理。

2.5 桩基处理技术

桩基处理技术主要应用于软土地基较厚的工程，当软土地基存在较厚的淤泥时就无法采用大面积深埋或者其他方式，只有借助桩基技术才能进行深层土壤固结，且起到良好的软土地基处理效果。桩基技术的应用也较为成熟，其主要桩基技术包括砂石桩、木桩和混凝土桩等，目前主要采用混凝土桩，混凝土桩技术是通过机械成孔的方式，将适量的混凝土等化学材料通过桩孔注入到软土地基深处，同时依据混凝土等化学材料的放热或离子交换等物理化学作用，使得软土地基的性质发生改变形成统一稳定的复合土体地基。通常混凝土桩基处理技术有多种方式，包括钻孔灌浆法和钻孔旋喷法等，钻孔灌浆法是直接钻孔，然后在常压条件下通过钻孔将混凝土注入其中，而钻孔旋喷法是将带有喷嘴的钻管钻到预定深度，然后采用高压脉冲泵或气压液压将灌浆向预定土层四周高速旋喷，高速旋喷即可以压实土层，又可以将浆液与土壤充分混匀，在混凝土固结后在软土地基深层形成一层坚硬稳定的桩体，但是当土层中有机质含量较高时，会影响旋喷法的应用效果。桩基处理技术可以有效降低软土地基变形或沉降的风险，在施工时应严格遵循施工工艺，避免管道堵塞，严格控制灌浆压力和深度，以保证工程的长期稳定性。

3.软土地基施工注意事项

3.1 施工前注意事项

施工前的调查和准备工作对软土地基的施工质量是十分重要的，通过现场深入勘查确定适宜的施工图纸，进而才能确定施工区域的具体处理方式，在现场勘查中主要注意以下事项：

施工环境勘查：水文、地形地貌是影响软土地基施工的主要因素，相关单位应综合调查施工区的外界环境，并根据相关标准资料对软土地基进行科学分析，然后根据勘察和测量的结果制定科学的软土地基处理方案，以避免盲目施工造成经济损失。

施工区地质条件：积极采取螺旋板载荷或静力触探等技术，并结合工程钻探等技术测定不同深度软土土层的承载力，此外，施工前应进行预定施工材料改变软土土质的模拟实验，确定施工区软土地基处理的各项施工参数，从而避免施工中出现失误，保证施工的顺利安全进行。

季节性气候变化特点：相关调查员必须重视施工中气候的影响，应结合历史气象资料和当年气象局提供的资料综合考虑计算施工期的气候条件，尽量避免气候对特殊施工工艺的影响，否则不仅会延长施工周期，还会影响工程质量和预期效果。

3.2 施工时注意事项

在进行软土地基施工时必须严格按照施工方案进行，同时结合实际施工地状况注重细节问题，例如应用桩基处理技术时要保证桩孔的垂直不发生倾斜，否则造成桩柱在重力作用下发生塌孔或断桩等事故；在灌浆时注意灌浆浓度、速度和压力，防止灌浆不均匀影响最终处理效果，同时要注意桩孔堵塞问题，要合理控制物料比，并定期对其进行清孔；在换土法施工时为避免超挖等失误，在机械挖掘至预定要求0.5m时采用人工挖掘完成；此外在整个施工过程中应设立严格的监督监控制度，实时监控，并定期对施工者和相关人员进行培训，在保证安全第一的前提下保证施工质量和效率。

3.3 施工后注意事项

在施工结束后应介入第三方检测机构进行项目建设质量评估，保证后期应用的安全性和稳定性。同时相关部门应加强施工后期维护保养工作，制定完善的后期维护管理制度，引进专业型人才，定期对水利工程建筑物和软土地基进行安全性检测，确保工程的长期稳定运行。

4.结语

综上所述，软土地基作为水利工程建设的首要解决难题，具有很多处理技术，不同技术各有优缺点，因此在实际施工中需要结合该区域调研结果，综合考虑施工地地质环境、气候和经济效益等多种因素，选择科学的软土地基处理技术，在施工时严格遵循施工标准的同时，积极总结施工经验，大胆创新新型技术，推动软土地基处理技术的高速发展。